超深SMW工法樁在地鐵深基坑中的應用及變形控制

【摘要】SMW工法樁作為一項城市地鐵施工常用的圍護結構形式，具有成樁速度快、止水效果好、地層擾動小、型鋼可回收、施工成本低等優勢。根據施工特點，對超深SMW工法樁在地鐵深基坑中的應用進行了研究，通過對開挖各階段的實際變形與計算結果對比分析，解決了超深SMW工法樁在地鐵深基坑開挖過程中的變形問題，對類似超深圍護結構施工提供借鑒意義。

【關鍵詞】地鐵隧道;SMW工法樁;深基坑;圍護結構

【Abstract】As a common form of retaining structure for urban subway construction， SMW construction method pile has the advantages of fast pile-forming speed， good waterproof effect， small stratum disturbance， recyclable steel， and low construction cost. Therefore， according to the construction characteristics， the application of ultra-deep SMW pile in deep foundation pit of subway is studied. Through the comparative analysis of the actual deformation and calculation results in each stage of excavation， the deformation problem of ultra-deep SMW pile in deep foundation pit excavation of subway is solved， which provides reference for the construction of similar ultra-deep retaining structure.

【Keywords】Subway tunnel; SMW construction method pile; Deep foundation pit; Building envelope

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.029

1、工程實例

1.1工程背景

蘇州S1號線花橋區間南側明挖段，位于沿滬大道東側綠地內，其基坑標準段寬度為11.42至15.91m，開挖深度約為14.1至15.1m，長度為204m，施工工藝采用SMW工法樁，其樁身規格為φ850@600，工法樁內采用H700×300×13×24型鋼密插。該工法樁樁身30m，相比于常規工法，按深度分類屬于超深工法樁。

本工程中所涉深基坑共設置4道支撐，第一道為混凝土支撐，尺寸為800×900，水平間距9.0m;第二、三、四道為φ609×16mm鋼支撐+雙拼HN500×300鋼圍檁，橫向間距3.0m。

1.2水文地質情況

基坑內土層分布如圖1所示：①1雜填土、②1粉質黏土、②y淤泥質粉質黏土、③1粘土、③2粉質粘土、③3粉土夾粉砂。其中②y淤泥質粉質黏土作為典型的軟土層，呈灰色，流塑，含水率42%，稍具層理，夾少量薄層狀粉土，稍有光澤，干強度中等，韌性低，無搖振反應，壓縮性高，靈敏度高。工法樁底成樁范圍還有④2粉土夾粉砂，底部嵌入至⑤1粉質黏土中。場地潛水主要賦存于①1、①3、②y層，水位埋深約1.0m;微承壓水主要賦存于第③3、③31、④2中，隔水頂板為③1、③2，隔水底板為⑤1。主要巖土物理力學參數如表1所示。

2、SMW工法樁施工過程控制

2.1.施工工藝控制

SMW工法樁采用P.O 42.5水泥，為保證超深樁體成樁效果，水泥摻量由20%提高至25%。成樁時鉆桿下沉速度0.8m/min，提升速度0.4m/min，采用“二噴二攪”、套接一孔施工工藝，型鋼密插，施工過程中應嚴格控制各項施工參數。

（1）測量定位。根據基坑圍護邊線開挖溝槽（尺寸為1000（寬）×1200（深）mm），為保證攪拌樁正常施工，同時清除地下障礙物。由于本工程開挖深度較深，考慮到L/200垂直度要求及后期圍護結構變形量，需對圍護結構外放10cm，沿長邊方向設置定位型鋼。

（2）成樁。泥漿配置采用自動稱量攪拌系統，使用前進行校準，保證泥漿比重。在樁底部分重復攪拌注漿，停留1分鐘左右;提升至設計標高后，樁頭應原位攪拌0.5分鐘，消除樁頂因水泥漿析出造成的凹穴。水泥漿配制好后，停滯時間不得超過2小時，搭接施工的相鄰攪拌樁施工間隔不得超過24小時。按照“二噴二攪”的工藝要求，保證注入的水泥漿液與土體攪拌均勻。

然后進行型鋼的插入，型鋼定位卡必須牢固、水平，為保證型鋼吊放垂直度，型鋼使用前，在腹板上距其頂端30cm 處開一個中心圓形吊裝孔，孔徑約8cm，型鋼起吊后用全站器校核垂直度及插入偏差，垂直度不大于L/400，插入后誤差不得大于50mm，且宜插在遠離基坑一側;最后，進行型鋼拔除工作，結構施工完成并完成頂板回填后，采用專用起拔設備以冠梁提供反力，25t汽車吊配合進行型鋼的拔除工作，拔除過程中應沿已有焊縫進行分割，保證吊裝安全。拔除型鋼后，用6%～10%的水泥漿填充型鋼拔除后的空隙。

2.2 深基坑開挖控制

基坑開挖前二十天采用降水井對基坑進行預降水、疏干。待圍護結構強度達到設計要求，材料設備檢測合格并完成相應條件驗收后可按照方案進行深基坑開挖施工，具體如下：

（1）基坑開挖主要控制措施

①基坑開挖分層、分段、分單元實施，基坑分段以設計分段為準，每段開挖完成后立即澆筑素砼墊層并加快底板施工。分層開挖深度宜以上道支撐底至下層支撐底部以下50cm，開挖以6m～8m寬（2根支撐）為一個小單元。每一小單元應在16h內開挖完成，并在8小時內完成支撐架設。土方開挖與支撐施工相互交替進行，遵循“隨挖隨撐，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。

②分層開挖掏槽過程中，中部槽寬應以挖機正常作業為宜（6m～8m），基坑兩側應預留土堤護壁寬度不得少于3m，盡量減少因開挖卸載而引起的基坑變形。開挖過程中機械距離基坑邊緣距離不得小于1m，樁體后超載≤20kPa，所有機械設備在不作業時均須遠離基坑。工法樁圍護結構形式在開挖過程中應做到樁體基面平整，便于后續支撐架設及防水施工。

③開挖過程中，密切關注監測及滲漏水情況，一旦發現滲漏需及時封堵。嚴防小漏變大漏。其控制措施主要為，對滲漏水較小且主要為清水的滲漏點，可直接設置引流管。對于大的滲漏部位，可先在基坑內采用沙袋錯層反壓，平衡坑外土體壓力，然后在坑外采用后退式注漿機進行雙液漿（水泥漿+水玻璃）封堵，雙液漿出口處漿液固結速度宜控制在30s～40s。

為減少注漿壓力過大導致圍護結構變形，注漿范圍宜為滲漏點以下3m至滲漏點以上2m，滲漏點下部注漿壓力控制0.5～1.0MPa，滲漏點上部可減小至0.4MPa，注漿過程中需對滲漏水位置觀察，待漿液流出后可緩慢上提鉆桿，提速可控制在20cm/min左右，待提升至滲漏點以上時注漿過程中若出現壓力突變，需及時停注并查明原因。

④土方開挖過程中確?；觾冉蹬潘到y正常，避免開挖面或基底被水浸泡擾動。

（2）支撐系統控制措施

鋼支撐系統架設的時效性和架設質量是基坑變形控制的重中之重，鋼支撐架設主要注意以下幾點：

①做好進場材料驗收和檢測，外觀尺寸、規格型號及材料性能符合設計要求，并做好加壓設備的標定。加快工序轉換與銜接，確保8小時之內完成架設及施壓工作。

②鋼圍檁后填充應做到密實有效，宜采用早強細石混凝土，鋼支撐軸力施加前達到初凝效果，確保圍護結構整體受力。支撐活絡端上下、左右錯開布置，活絡頭鋼楔不小于40cm，采用數控機床切割保證精度，減少敲緊后的形變和軸力損失，施加軸力后活絡頭伸出長度部不大于15cm。

③預加軸力按照設計軸力的120%施加，共分5個階段，分別為預加軸力的40%、60%、80%、100%、120%。軸力計兩端應設置不小于400×400×50mm鋼板，避免加壓后鋼支撐固定端及圍檁受力變形，出現無法有效加壓的情況，一旦發生鋼支撐端部變形，應對固定端節段進行更換。

④每根鋼支撐架設完成后，應及時設置上掛下托裝置，并在12～14小時內觀察軸力損失及圍護結構的水平位移情況，當晝夜溫差過大或基坑開挖后導致支撐軸力損失時，應及時復加軸力并滿足設計值要求。

3、數據對比

結合本站地質情況及圍護結構形式，按照本站點工法樁部位圍護結構最大開挖處工況進行模擬，根據啟明星FRWS V9.0計算結果可知：

（1）如圖2所示，在基坑開挖至坑底，底板未澆筑前，為正彎矩最大工況，單根工法樁承受最大彎矩445.9knm。理論最大水平位移為15.5mm，深度為14m。

（2）如圖3可知，底板澆筑后，拆除最下道支撐，為負彎矩和工法樁水平位移最大工況。單根工法樁承受最大彎矩379.4knm。理論最大水平位移15.8mm，深度為13m。

為驗證計算結果，對開挖各階段及支撐架設工作進行了系統性的策劃，并按照方案要求對基坑進行各項監測工作，本文主要對基坑開挖及鋼支撐架設各階段實際樁體水平位移變化與理論值進行對比，通過分析，判斷出施工過程中的不足和后期改正措施，實際開挖監測情況如下所示：

（1）開挖至第一道鋼支撐底部。第一道支撐底部距地面約為4.2m，按照方案第一層土開挖至支撐底部50cm，即開挖面深度約4.7m，在未架設支撐時累計最大樁體水平位移量為+3.92mm，深度為6m。

（2）開挖至第二道鋼支撐底部。第二道支撐底部距地面約為7.2m，即開挖面深度為7.7m，在完成第一道支撐架設，第二道支撐未架設時的最大樁體水平位移量為+3.5mm，深度為8.5m。

（3）開挖至第三道支撐底部。第三道支撐底部距地面約為12.2m，即開挖面深度為12.7m，在完成第二道支撐架設，第三道支撐未架設時的最大樁體水平位移量為+12.48mm，深度為14.5m。

（4）開挖至基底。設計至基底開挖面深度為15.1m，在完成第三道支撐架設，最大樁體水平位移量為+15.11mm，深度為13m。

（5）底板施工完成拆除第三層鋼支撐。底板混凝土達到設計強度并拆除第三道鋼支撐，監測最大樁體水平位移量為+14.1mm，深度為12.5m。

通過上述實測數據及圖4-5，并結合理論計算數據，在開挖各個階段實際樁體水平位移值與開挖至基底的內力包絡圖中位移變化基本相符。

在最后一層土方開挖完成后，實際累計變化數據最大值為+15.11mm，深度位于13m位置與理論計算稍有偏差，經分析主要是施工過程中為滿足最后一層機械施工高度，與設計院核定后將支撐中心標高上抬70cm所致。在拆除第三道支撐后，累計水平位移變化值為+14.1mm與理論值+15.8mm相比稍小，基本符合計算結果。表明基坑開挖各工序銜接良好，同時反映超深工法樁在地鐵深基坑中有較好、較安全的應用。

結語：

（1）在開挖過程中通過對開挖深度、開挖長度、降水、及支撐系統等施工各方面的協調控制，將現場監測所采集的最大變形量與理論計算值所對比，發現基坑各項監測數據與理論值吻合度較好，未出現預警情況。

（2）通過結合SMW工法樁具備工期短、擾動小、造價低、止水性能好等優點，并且在對超深SMW工法樁圍護結構施工全過程的質量控制過程來看，超深工法樁在類似地鐵工程能中有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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作者簡介：

徐萬春（1982-），男，漢族，高級工程師。